【用户成果】高双极性迁移率发射共轭聚合物的通用设计与高效合成
文摘
2024-10-23 10:00
上海
人工照明的发现和显示技术的发展，打破了人类活动的光暗循环，改善了人类的生活。如今，照明和显示技术正在寻求更轻、更薄、更灵活的单元器件。聚合物发光晶体管(PLET)完全符合这些要求，它需要具有强固态发射、高迁移率和内在柔性的核心材料。此外，HAME-CPS在其他多功能光电器件(包括有机光伏(OPV)和结构简单的有机发光二极管(OLED)中也显示出良好的应用潜力。然而，由于高迁移率和强固态发光之间的内在权衡关系，以及复杂的化学结构和漫长的合成途径，HAME-CPs的设计和合成面临着挑战。因此，HAME-CPs的通用设计原则和高效合成途径引起了广泛关注。经过合成和材料化学家多年的努力，HAME-CPs的开发取得了重大突破。这些聚合物的设计遵循了各种设计原则，包括调整骨架堆积、优良电荷转移和发光构筑基块的共聚、以及引入短接触等：1)发光构筑基块，是发光所必需的；2)电荷转移单元，是有效链间相互作用和电荷转移所必需的；3)缺电子构筑基块，应优先用于有效的电子传输；以及4)在某些情况下，π桥与发光和电荷转移单元之间采用阶梯式连接，然而，这些高性能聚合物的合成路线相当长，总产率低。高迁移率发射型共轭聚合物(HAME-CPS)是聚合物发光晶体管等有机光电器件的理想候选材料。然而，由高迁移率和强固态发光之间的内在权衡关系，HAME-CPs的开发在结构和合成方面都存在较高的复杂性。在此，中科院化学研究所董焕丽研究员团队提出了HAME-CPS的通用设计原理和简单合成方法。通过两步微波辅助 C-H 芳基化和直接芳基化聚合方案，合成了一系列由电荷转移单元、π桥和发射单元组成的简单非融合聚合物，总产率高达61%。该合成方案在7种单体和8种聚合物中均得到验证。最重要的是，所有8种共轭聚合物都具有很强的固态发射性能，光致发光量子产率高达 24%。此外，4种聚合物显示出高达10-2 cm2 V-1s-1的迁移率，可用于多功能光电器件。这项工作为通过高效合成和合理设计开发 HAME-CPS开辟了一条新途径。相关研究以“Universal Design and Efficient Synthesis for High Ambipolar Mobility Emissive Conjugated Polymers”为题发表在Angewandte International Edition Chemie期刊上。Figure 1 (a), Design principles of high mobility emissive polymers. (b), The synthetic approach for HAME-CPs in this work.Figure 2 2D-GIWAXS images of (a) pTATIF, (b) pTATF, (c) pTBTIF, and (d) pTBTF at 250 °C.Figure 3 Typical (a) transfer curves and (b) output curves of the off-center spin-coated pTATF-based OFETs (Inner picture: device structure of the pTATF-based TG-BC OFETs.). Typical (c) transfer curves and (d) output curves of the bar-coated pTATF-based OFETs (Inner picture: schematic diagram of the bar-coating process.).下一代照明和显示技术需要 HAME-CPS 及其合理的设计原则和高效的合成方法。在这项工作中，作者开发出了 HAME-CPs 的通用设计原理。通过两步微波辅助 C-H 芳基化和 DArP反应，合成了一系列具有电荷转移单元、π桥和发射单元的非融合 HAME-CP，总产率高达61%。该合成方案对7种单体和 8种聚合物具有良好的底物耐受性。最重要的是，所有8种共轭聚合物都具有很强的固态发射性能，光致发光量子产率高达24%。此外，4种聚合物显示出高达10-2cm2V-1s-1的场效应迁移率。此外，2种聚合物在薄膜状态下呈无定形形态。这项工作中开发的聚合物的合成简易性、发光能力和电荷转移迁移率都是文献报道的 HAMECPS 中最好的结果之一。最后，这种聚合物可以轻松地应用于多功能光电器件。这项工作为通过高效合成和合理设计开发 HAME-CPS 开辟了一条新途径。Universal Design and Efficient Synthesis for High Ambipolar Mobility Emissive Conjugated Polymershttps://doi.org/10.1002/anie.202319997*本文来源：作者团队，感谢作者团队对本公众号的大力支持！如有侵权，请联系删除，如有冒犯之处敬请见谅!
